Устройство для контроля работы дегазационных скважин — SU 977826 (original) (raw)
О П И С А Н И Е (и)977826ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез СеветеиикСецапиетниееиинРееиубпии(51) М. Кл. Е 21 Р 7/00 3 Ьеудвретюей квмнтвт ИСР аф двлвн нзабрвтеннй н открытнй(58) УДК 622. 817, .9 (088,8) Опубликовано 30.11.82, БюллетеньИ Дата опубликования описания 30,11.82 р =" Г. А. Мирошник, В. Е. Фрундин Л, А, Кадымов и П, Л. Лимаренко ,1" Абрамо(72) Авторы изобретения Институт геотехнич 1) Заявит 5 И) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ДЕГАЗАЦИОННЫХСКВАЖИНтота выходного сигнал хометрического датчикорости потока газа;емя отсчета сигнала,ая характеристика тахго датчика скоростипвыражается .формулой Частотметрическтока газа=ач -в Изобретение относится к дегазации угольных пластов с помощью дегазационных скважин, а именно к устройствам контроляработы дегазационных скважин,Известно устройство для контроля работы дегазационных скважин, содержащее датчики скорости потока газа и концентрации метана, блок управления и блок индикации 1 11.Однако этоустройство имеет низкую точность и невозможность исследования газовыделения по .всей длине скважины.Известно устройство для контроля работы дегазвционных скважин, содержащее датчик концентрации метана, датчик, скорости потока газа, блек управления, к пяти входам которого подключены три выхода блока 2 Формирования времязадающих импуль- . сов, выход блока деления частоты и через преобразователь аналогового сигнала во временной интервал дат 1еханики АН Украинской ОС 1-, Г:;Ж,., ф" "м"2чик концентрации метана, а выход блока управления подключен к бло" ку индикации и к первому и второю входам блока деления частоты 21.В э 1 омустройстве измеренение дебита газа из скважины производится путем отсчета блоком индикации числа импульсов от тахометрического датчика скорости потока газа в течение определенного отрезка времени, задаваемого блоком Формирова-ния времязадающих импульсов(3) Эта погрешность особенно значительна в нижйей части диапазона измере"ния.Цель изобретения - повышение точности контроля за счет расширениядиапазбна измерений в области малых скоростей потока газа.Эта цель достигается тем, чтоустройство для контроля работы де",газационных скважин, содержащее датчик концентрации метана, датчикскорости потока газа, блок управления, к пяти входам которого подключены три выхода блока формирования времязадающих импульсов; выход блока деления частоты и черезпреобразователь аналогового сигнала во временной интервал Датчикконцентрации метана, а вь 1 ход блока управления подключен к блокуиндикации и к первому и второму, входам блока деления частоты, снабжено делителем частоты, тремя одновибраторами, элементом 3 ИЛИ, двумя триггерами и двумя ключами,причем вход делителя частоты подключен к третьему выходу блока фор"мирования времязадающих .импульсов,а выход делителя частоты и выходдатчика скорости потока газа подключены к входам, первого и второгоодновибраторов, выходы которых иинверсный выход первого триггераподключены .к входам элемента 3.ИЛИ,выход которого подключен к шестому входу блока управления и к треть-.ему входу блока деления частоты,при этом выход датчика скорости потока газа подключен к 5-входу второго триггера, к Й-входу которогоподключен выход третьего .одновибратора, прямой и инверсный выходывторого триггера через ключи соединены соответственно с 5- и Й-входами первого триггера, а вход треть 35 ао 45 50 55 3где ч - скорость потока газа;а,в - коэффициенты, определяемые конструкцией датчика,При калибровке устройства в формуле (2 пренебрегают величиной в,поскольку для большей части диапазона измерения аив . При этомвозникает погрешность измерения,относительное значение которой равно 5 10 15 20 25 30 его одновибратора и вторые входы ключей подключены к первому выходублока формирования времяэадающих импул ьсов;На чертеже приведена Функциональная схема устройства,Устройство содержит измерительный зонд 1 с датчиком 2 скоростипотока газа и датчиком 3 концентрации метана. Блок 4 Формированиявремязадающих импульсов содержити"дключенные последовательно генератор 5 импульсов стабильной частоты, делитель 6 частоты с постояннымкоэффициентом деления К,1,триггер 7,к выходу которого подключены одновибраторы 8 и 9, инверсный выхододновибратора 8 подключен к С-входутриггера 7. Выходы одновибратора9, триггера 7 и генератора 5 являются первым, вторым и третьимвыходами блока 4,Преобразователь 10 сигнала датчика концентрации метана во временной интервал подключен по первомувходу к датчику концентрации метана, по второму входу - к второмувыходу блока Формирования времязадающих импульсов, а по выходу - кчетвертому входу блока 11 управления. Блок 12 деления частоты содержит двоичный счетчик 13 и подключенный к его выходам управляемыйделитель 14 частоты. Т-вход делителя 14, Й- и Т-входы счетчика 13 являются соответственно первым,вторым и третьим входами блока 12,выход делителя 14 является выходомблока 12, Блок 15 индикации содержит подключенные последовательнодвоично-десятичный счетчик 16, дешифратор 17 и цифровые индикаторы 18.Й- и Т-входы счетчика 16 являютсясоответственно первым и вторым входа"ми блока 15. Блок 11 управления содержит переключатель 19, первая клемма которого свободна, вторая и третья подключены соответственно к Йи Б-входам триггера 20, четвертая "к первому и четвертому входам первого элемента 21 3-3 ИИЛИ, второму входу второго элемента 22 2"3 И 2 ИЛИ, второму. и третьему входамэлемента 23 2"2 ИИЛИ, Прямойвыход триггера 20 подключен ко второму входу элемента 2 1 и первомувходу ключа 24 3 И. Инверсный выход триггера 20 подключен к первомувходу ключа 25 2 И и третьему входуВ зависимости от положения переключателя 19 прибор может работатьв одном из четырех режимов, В первомположении (скользящий контакт замкнут на свободную клемму) цифровымииндикаторами 18 поочередно высвечиЗ 5 ваются числа, соответствующие скорости потока газа и концентрацииметана. Во втором положении.,переключателя индицируется только скоростьпотока газа, в третьем - только концентрация метана, в цетвертом - дебитчистого метана при данном давлениии температуре. С0 В режиме измерения скорости потока газа скользящий контакт переклю"чателя 19 подключен ко второй клеммеи сигнал ".0" поступает на инверсныйВ-вход триггера 20. Импульсы с частотой поступают с выхода генератора 5на вход делителя 6 частоты с постоянным коэффициентом деления К. Период следования импул ь сов с выхода де"лителя 6 КТ =Х 5 9элемента 22. Выход элемента 23 подключен к пятому входу элемента 22.Т-вход триггера 20 , второй входэлемента 25 , третий и пятый входы элемента 21 подключены к первому входу блока 11 и первому выходу блока 4, Четвертый вход элемента 22 и второй вход ключа 24 под ключены соответственно к второму итретьему входам блока 11 и к второмуи третьему выходам блока 4. Третийвход ключа 24 подключен к четвертому входу блока 11, а также к выходупреобразователя 10, Первый вход элемента 23 подключен к пятому входублока 11 и первому входу блока 12.Четвертый вход элемента 23 подкдючен к шестому входу блока 11, а также к выходу блока 12, Выходы ключей25 и 24 подключены соответственно кпервому и второму выходам блока 11,а также к второму и третьему входамблока 12, Выходы элементов 21 и 22подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока 11,а также к первому и второму входам блока 15,делитель 26 частоты с постояннымкоэффициентом деления К подключен квыходу генератора 5 импульсов стабильной частоты. Одновибраторы 27и 28 подклюцены по входам к датчику 2 скорости потока газа и выходу делителя 26 соответственно, а по выходам - к первому и второму входамэлемента 29 3 ИЛИ. Одновибратор30 подключен по входу. к выходу одновибратора 9,а по выходу - к К-входутриггера 31. Прямой и инверсный выходы триггера 31 через ключи 32 и 33подключены соответственно к 5- иК-входам триггера 34, Инверсный выход триггера 34 подключен .к третьему входу элемента 3 ИЛИ,а .вторыевходы ключей 32 и 33 - к выходу одновибратора 9. Выход элемента 293 ИЛИ подключен к пятому входу блока 11 управления и первому входублока 12 деления частоты.Устройство работает следующим образом.Зонд 1 вводится в дегазационнуюскважину с помощью колонны труб.Датчик 2 скорости потока газа - крыльчатый анемометр приводится вовращение обтекающим его потоком газа. Выходным сигналом датчика 2 являются импульсы с частотойопределяемой частотной характеристикой,тахометрического датчика, котораявыражается формулой скорость потока газа;коэффициенты, определяемые конструкцией датчика,Датчик 3 концентрации метана вы дает аналоговый сигнал, пропорциональный процентному содержанию метана в каптируемом газе.Измерение скорости потока газа- сводится к отсчету блоком 15 индика 15 ции числа импульсов с выхода элемента 29 3 ИЛИ с частотой, пропорциональной скорости потока газа,в течение определенного отрезка времени, задаваемого блоком 4 формиро вания времязадающих импульсов, Измерение концентрации метана производится путем отсчета блоком 15 индикации числа импульсов стабильной частоты с выхода генератора 5 в тече ние отрезка времени, задаваемого преобразователем 10 аналогового сигнала датчика 3 концентрации метана во временной интервал .977826 8 7выбирается таким, чтобы подсчитанное за это время количество импульсов с выхода элемента 29 3 ИЛИ с частотойпропорциональной скорости потока газа, численно соответствовала де биту газа из скважины О, К Т фК .ГА 4 ГИмпульс с выхода делителя 6, пришед ший на Т-вход триггера 7, переводит его в единичное состояние. При этом одновибратор 9 формирует кратковременный импульс, который поступает на Т-вход триггера 20, третий и пя .тый входы элемента 21. Импульс проходит через втррую группу из объединенных по И входов элемента 21 на его выход и поступает на В-вход сцетчика 16, производя его сброс. 20 Триггер 20 продолжает остваться в нулевом состоянии, так как йа егоинверсном В-входе постоянно присутствует сигнал "0". Импульсы с выхода элемента 29; 3 ИЛИ поступают 25 на первый вход элемента 23 и, пройдя через первую группу из объединенных по И входов на его выход, проходят на пятый вход элемента 22. Так как на третий вход элемента 22 подан 50 сигнал "1" с инверсного выхода триггера 20, а на цетверый - сигнал "1" с выхода триггера 7, то частотный сигнал проходит через вторую группу из объединенных по И входов и с выхода элемента 22 поступает на Т-вход счетчика 16. Отсчет импульсов производится до тех пор, пока триггер 7 находится в единичном состоянии, Следующий импульс с выхода делителя 6 частоты переводит триггер 7 в нулевое состояние ,заканцивается отсчет счетчика 16 и в, нем оказывается зафиксированным число, соответствующее дебиту газа. Двоично-десятичный код этого числа с выходов счетчика 16 поступает на дешифратор 17 и число высвечивается цифровыми индикаторами 18. По обратному фронту импульсов с выхода триггера 7 срабатывает временной элемент и с его выхода сигнал "0" поступает на С-вход триггера 7, запрещая прием информации по Т-входу, Дпительностью импульса, выдаваемого одновибратором 8, опре 55 деляется время,в течение которого индицируется число, записанное в счетчике 16. По окончании импульса с выхода одновибратора 8 снима" ется запрет, приема информации триггером 7 по Т-входу и с приходом следующего импульса с выхода делителя 6 частоты цикл работы прибора .повторяется.Узел, содержащий делитель 26, одновибраторы 27 и 28, элемент 29 3 ИЛИ, служит для коррекции частотной характеристики тахометрического датчика 2 скоростй потока газа. Коэффициент деления К делителя 26 выбирается таким, чтобы частота импульсов на его выходе была равна вЯок, -где Ф - частота импульсов генератора 5.Одновибраторы 27 и 28 формируют кратковременные импульсы,с цастотами Г и в соответственно, После их сложения элементом 29 3 ИЛИ на его выходе возникают импульсы с частотой+ Ь=С 1-+-С,пропорциональной скорости потока газа, Ограничение длительности импульсов с выхода датчика 2 скорости потока газа и .делителя 26 с помощью одновибраторов 27 и 28 выполнено с целью снижения вероятности их совпадения во времени,Узел, соСтоящий из одновибратора 30, триггеров 31, 34 и ключей 32, 33, служит для запрета прохождения импульсов с выхода делителя 26 через элемент 29 3 ИЛИ при от" сутствии сигнала с вь 1 хода датчика 2 скорости потока газа.В начале цикла измерения триггер 31 находится в нулевом состоянии.Если в течение цикла измерения с выхода датчика 2 скорости потока газа на 5-вход триггера 31 поступит хотя бы один импульс, триггер 31 переводится в единичное состояние, С приходом тактового импульса с выхода одновибратора 9 открываются ключи 32, 33 и триггер 34 устанавливается в то же состояние, что и триггер 31. Если триггер 34 находится в единичном состоянии, сигнал "0" с его инверсного выхода не препятствует прохождению импульсов через элемент 29 3 ИЛИ.При отсутствии импульсов с выхода датчика 2 скорости потока газа9778 триггера 31 и 34 находятся в нулевом состоянии и сигналом "1" с инверсного выхода триггера 34 накладывается запрет на прохождение корректирующих импульсов с частотой в через элемент .29 3 ИЛИ.Г По заднему фронту тактового импульса с выхода одновибратора 9 срабатывает одновибратор 30 и импульсом 1 р с его выхода триггер 31 переводится в нулевое состояние. Тем самым в каждом цикле измерения производится контроль существования импульсов с, выхода датчика 2 скорости потока га за. В режиме измерения концентрации метана скользящий контакт переключателя 19 подключен к третьей клемме и сигнал "0" поступает на инверсный 5-вход триггера 20, постоянно поддерживая его в единичном состоянии.Аналоговый сигнал от датчика 3 концентрации метана поступает на первый вход поеобоазователя 10 и с поиходом сигнала "1 с выхода триггера 7 на второй вход преобразователя 10 с его выхода на третий вход ключа 24 поступает импульс, длительность которого пропорциональна концентрации метана в газовой смеси, Так же, как и в предыдущем режиме, кратковременный импульс с выхода одновибратора 9, пройдя через элементы 21,35 производит сброс счетчика 16. Импульсы стабильной частоты с выхода генератора 5 поступают на второй вход клюца 24 и, так как на его первом и третьем входах присутствуют сигналы "1", импульсы с выхода ключа 24, пройдя через первую группу из объединенных по И входов элемента 22 на его выход, поступают на Т-вход счетчика 16. Отсчет импульсов счет 4 чи ком прои з водит ся, до тех пор, пока на выходе преобразователя 10 существует сигнал "1", В момент окончания отсчета в счетчике 16 будет зафиксировано число, соответствующее кон центрации метана в газовой смеси.Масштаб преобразования преобразователем 10 входной. величины - сигнала датчика 3 концентрации метана Ь в выходную - временной интервал Т выбирается таким образом, чтобы число фф импульсов стабильной частоты, проведших с выхода генератора 5 на вход счетчика 16, численно соответствова" 26 10ло концентрации метана в газовой смеси, т.е. С= 1 Т.р. ИДлительность интервала времени Тпри 100-ной концентрации метана выбирается меньшей, чем длительностьТ импульса с выхода триггера 7. Припоявлении сигнала "0" на выходе преобразователя 10 закрывается ключ 24и прекращается отсчет импульсов счет"цика 16, Двоичнодесятичный код числа, зафиксированного в счетчике 16, сего выходов поступает на дешифратор17 и число высвечивается цифровымииндикаторами 18, По обратному фронтуимпульса с выхода триггера 7 срабатывает одновибратор 8 и сигнал "0" сего выхода поступает на С-вход триг"гера 7, запрещая прием информации по. Т-входу,В режиме одновременного измеренияконцентрации метана и расхода газаскользящий контакт переключателя 19подключен к первой свободной клемме.В начале каждого цикла измерения импульсы с выхода одновибратора 9 поступают на Т-вход триггера 20, поочередно переводя его в нулевое и единичное состояние. При этом в зависимости от состояния триггера 20 чередуются циклы измерения расхода газаи концентрации метана.В режиме измерения дебита чистогометана скользящий контакт переключателя 19 подключен к цетвертой клемме. В начале цикла измерения триггер 20 находится в нулевом состоянии,поддерживая открытым ключ 25 сигналом н 1" с инверсного выхода. Импульсс выхода одновибратора 9 через открытый ключ 25 поступает на Р-входсчетчика 13, производят его сброс.На втором и четвертом входах элемен"та 21 присутствуют сигналы "0" и.потому импульс сброса на Р-вход счетчика 16 не поступает. По обратному Фронту этого импульса триггер 20переводится в единичное состояниеи далее, как в режиме измерения концентрации метана, на выходе ключа24 появляется серия импульсов, поступающая на Т-вход счетчика 13, НаТ-вход счетчика 16 эти импульсы непроходят, так как на втором входеэлемента 22 присутствует сигнал "0",По окончании отсчета в счетчике 13будет зафиксировано число, соответ 11 9778 ствующее концентрации метана в каптируемом газе, а его двоичный код поступает с выходов счетчика 13 на вход управляемого делителя 11 частоты. Следующий импульс с выхода одновибратора 9 проходит через первую группу из объединенных по И входов элемента 21 на его выход и поступает на К-вход счетчика 16, про. изводяего сброс. По заднему фронту этого импульсатриггер 20 переводится в нулевое состояние и сигнал "1" с его выхода подготавливает вторую группу их объединенных по И входов элемента 22 к прохождению сигнала, Частотный сигнадс выхода элемента 29 3 ИЛИ поступает на вход управляемого делителя 1 ч частоты. Частота сигнала на выходе управляемого делителя 11 час тоты определяется по выражениюМсн 4.ьых 11 ч,игде й - число в двоичном коде на упСНФ равляющих входах делителя;и - количестводвоичных разрядовчисла.Если число 2" соотвествует 100"ной концентрации метана, то выходная частота управляемого делителя 14частоты определится какСЬЫХ 1 100Сигнал Г, проходи т через вт оруюгруппу из объединенных по И входовэлемента 23, вторую группу из объ=,единенных по И входов элемента 22на Т-вход счетчика 16 . Далееотсчетпроизводится так же, как в режиме из-мерения расхода смеси газа, По окончании отсчета в счетчике 16 будетзафиксировано числоССи = 4 С Рос,45соответствующее дебиту чистого метана из скважины при данном давлениии температуре.Использование устройства контроля работы дегазационных скважин поз 50волит исключить погрешность измерения дебита газа, связанную с порогомчувствительности тахометрическогодатчика скорости потока газа,12Формула изобретенияУУстройство для контроля работы де.газационных скважин, содержащее датчик концентрации метана, датчик скорости потока газа, блок управления,к входам которого подключены тривыхода блока формирования времязадающих импульсов, выход блока деления частоты и через греобразовательаналогового сигнала во временной интервал датчик концентрации метана,а выход блока управления подключенк блоку индикации и к первому и второму входам блока деления частоты,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности контроляпутем расширения диапазона измерений в области малых скоростей потока газа, оно снабжено делителем частоты, тремя одновибраторами, элементом 3 ИЛИ, двумя триггерами и двумяключами, причем вход делителя частоты подключен к третьему выходу блокаформирования времязадающих импульсов, а выход делителя частоты и выход датчика скорости потока газа подключены к входам первого и второгоодновибраторов, выходы которых иинверсный выход первого триггера подключены к входам элемента 3 ИЛИ, выход которого подключен к шестому входу блока управления и к третьемувходу блока деления цастоты, приэтом выход датчика скордсти потокагаза подключен к 5-входу второго триггера, к К-входу которого подключенвыход третьего одновибратора, прямой и инверсный выходы второго триггера через ключи соединены соответственно с 5- и К-входами первоготриггера, а вход третьего одновибратора и вторые входы ключей подклюцены к первому выходу блока формирования времязадающих импульсов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеФадеева Ю, П. и Клюпанова 9.К.прибор контроля работы дегазационных скважин. Уголь Украины", 1971,Ю, с. 32,2. Авторское свидетельство СССРМ 779586, кл . Е 21 Р 7/00, 1979977826 оставитель Р. Г ехред И.Гергель тор А, Вор орректорН. Коро Заказ 9172/ одписное мал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,9 Тираж 170 ВНЙИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открыт 113035, Иосква, К, Раушская на